CC BY
71
2. Коннова А.А., Зубченко Е.С. Виртуальные информационно-измерительные приборы // Успехи современного естествознания. 2011. № 7. С. 126-127.
3. Пат. 2366930 РФ, МПК G01N21/59. Способ измерения дымности отработавших газов дизелей / И.М. Блянкин-штейн, А.М. Асхабов. Заявитель и патентообладатель Сиб. федер. ун-т. № 2008131229/28. Заявл. 28.07.2008; опубл. 10.09.2009. Бюл. № 25. 8 с.
4. Пат. 2457457 РФ, МПК G01N17/06. Способ измерения суммарного люфта рулевого управления автотранспортного средства / И.М. Блянкинштейн, В.И. Иванов, С.А. Храмцов, Д.А. Храмцов. Заявитель и патентообладатель Сиб. федер.
ун-т. № 2011111975/11(017644). Заявл. 29.03.2011; опубл. 27.07.2012. Бюл. № 21. 10 с.
5. Система оптических измерений динамических смещений и деформаций PONTOS [Электронный ресурс]. URL: http://www.mcp.by/equipment?id=23 (29 мая 2014).
6. Электронная система Siver Data для контроля геометрии кузова [Электронный ресурс]. URL: http://www.siver.su/catalog/247/index.php (29 мая 2014).
7. Kistler Automotive Sensors. The industry standard in vehicle dynamics testing [Электронный ресурс]. URL: http://corrsys-datron.com/sensors.htm (29 мая 2014).
УДК 629.017
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
© Е.В. Бондаренко1, А.М. Федотов2, Р.Х. Хасанов3, В.С. Голованов4, Е.С. Сидорин5
Оренбургский государственный университет, 460018, Россия, г. Оренбург, пр. Победы, 13.
Обоснована актуальность исследования, проанализировано влияние технического состояния автотранспортных средств (АТС) на статистические показатели дорожно-транспортных происшествий ( ДТП). Выявлена зависимость показателей активной, пассивной и противопожарной безопасности АТС и технического состояния элементов электрооборудования. Дан анализ существующей системы поддержания исправного технического состояния электрооборудования АТС. Определены критические значения нагрева электрических цепей АТС, а также цели и задачи дальнейшего исследования. Табл. 2. Библиогр. 8 назв.
Ключевые слова: автотранспортные средства; безопасность; электрооборудование; техническое состояние.
STUDYING MOTOR TRANSPORT ELECTRICAL EQUIPMENT ELEMENTS IN OPERATION E.V. Bondarenko, A.M. Fedotov, R.H. Hasanov, V.S. Golovanov, E.S. Sidorin
Orenburg State University,
13 Pobedy pr., Orenburg, 460018, Russia.
The article substantiates the relevance of the study and analyzes the effect of vehicle technical condition on the statistics of road accidents. The dependence of the indicators of active, passive and fire safety of a vehicle and technical condition of the elements of electrical equipment is found. The analysis is given to the existing system maintaining good technical condition of vehicle electrical equipment. Critical values of vehicle electrical circuit heating are identified as well as goals and objectives for further research. 2 tables. 8 sources.
Key words: vehicles; safety; electrical equipment; technical condition.
1 Бондаренко Елена Викторовна, доктор технических наук, профессор кафедры технической эксплуатации и ремонта автомобилей транспортного факультета, тел.: (912) 8465909, e-mail: [email protected]
Bondarenko Elena, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Technical Maintenance and Vehicle Repair of the Transport Faculty, tel.: (912) 8465909, e-mail: [email protected]
2Федотов Александр Михайлович, кандидат технических наук, доцент кафедры технической эксплуатации и ремонта автомобилей транспортного факультета, тел.: (912) 8465909, e-mail: [email protected]
Fedotov Alexander, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Technical Maintenance and Vehicle Repair of the Transport Faculty, tel.: (912) 8465909; e-mail: [email protected]
3Хасанов Рустем Халилович, кандидат технических наук, доцент кафедры автомобилей и безопасности движения транспортного факультета, тел.: (912) 8465909, e-mail: [email protected]
Hasanov Rustem, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Automobiles and Road Safety of the Transport Faculty, tel.: (912) 8465909, e-mail: [email protected]
4Голованов Виталий Сергеевич; аспирант кафедры автомобилей и безопасности движения транспортного факультета, тел.: (912) 8465909, e-mail: [email protected]
Golovanov Vitaly, Postgraduate of the Department of Automobiles and Road Safety of the Transport Faculty, tel.: (912) 8465909, e-mail: [email protected]
5Сидорин Евгений Сергеевич; аспирант, тел.: (912) 8465909, e-mail: [email protected] Sidorin Evgeny, Postgraduate, tel.: (912) 8465909, e-mail: [email protected]
Усовершенствование конструкции автомобиля в настоящее время происходит в основном за счет внедрения современных энергопотребляющих устройств, что приводит к увеличению доли электрооборудования в структуре всего автотранспорта до 50%.
Электрооборудование современного автомобиля представляет сложную систему, включающую более ста элементов различного функционального назначения. При этом его стоимость достигает 30% стоимости автомобиля [1].
Важным аспектом рассматриваемого вопроса является прямая взаимосвязь исправного технического состояния электрооборудования с уровнем активной, пассивной, экологической, послеаварийной и противопожарной безопасности автомобиля. Так, например, безотказное состояние электронного блока управления двигателя, электродвигателя электроусилителя рулевого управления позволяет снизить риск возникновения дорожно-транспортных происшествий (ДТП) или уменьшить тяжесть их последствий. Анализ причин ДТП на территории Российской Федерации показывает, что на долю технической неисправности автотранспортных средств (АТС) приходится более 15% аварий от общего количества [2]. В это число входят также неисправности электрооборудования. Согласно данным, предоставленным организацией, оказывающей услуги по проведению технического осмотра на территории г. Оренбурга и Оренбургской области, более 75% АТС при первом обращении имеют несоответствия эксплуатационных показателей от установленных норм, по которым, в соответствии с Постановлением Правительства РФ от 10 сентября 2009 г. № 720 г. Москвы «Об утверждении технического регламента о безопасности колесных транспортных средств», эксплуатация запрещена. Кроме того, по результатам эксплуатационных наблюдений за автомобилями в 2013 г. городской станцией скорой медицинской помощи г. Оренбурга установлено, что неисправность элементов электрооборудования явилась в 32% случаях поводом для постановки АТС на текущий ремонт. При обработке статистических данных МЧС определено, что 16% возгораний АТС возникают вследствие неисправностей элементов электрооборудования [3].
Таким образом, исследование технического состояния элементов электрооборудования является важнейшей задачей, решение которой позволит повысить активную, пассивную и противопожарную безопасность АТС, снизить количество ДТП по причине технической неисправности, а также сократить эксплуатационные расходы.
Исследованием работоспособного технического состояния электрооборудования автомобилей и влияния на его безопасную эксплуатацию занимались доцент Ю.П. Чижков, доктор технических наук, профессор В.Е. Ютт, доктор технических наук, доцент Х.И. Исхаков, кандидат технических наук, доцент В.Ф. Яковлев и др. Но задача обеспечения требуемого уровня безопасности автомобиля на этапах его проектирова-
ния, производства и эксплуатации, учитывая техническое состояние электрооборудования, в полной мере не была решена.
В сфере технической эксплуатации показатели безопасности в значительной мере обуславливаются техническим состоянием электрооборудования. Многие наблюдения показывают, что техническое состояние, а следовательно, и долговечность элементов электрооборудования даже при их работе в идентичных условиях колеблется в очень широких пределах. Это обусловлено неизбежной неоднородностью производства элементов и влиянием на них различных эксплуатационных факторов, таких как дорожные и климатические условия, техническое обслуживание. Для повышения уровня надежности электрооборудования и безопасности движения, а также снижения эксплуатационных затрат необходимо своевременное выявление неисправностей вследствие проведения диагностики [4].
В настоящее время на станциях технического обслуживания при диагностике электрических цепей проверяют величину обратного тока и напряжения включения реле обратного тока; регулируемое напряжение; ток, регулируемый ограничителем тока; генератор - по характеру работы в режиме электродвигателя, а также по оборотам начала и максимальной отдаче; стартер в режиме полного торможения; состояние датчиков и измерителей щитковых приборов. Кроме того, проверяют целостность изоляции и сопротивление в электрических цепях [5]. Вышеописанная диагностика позволяет выявить неисправности основных элементов электрооборудования АТС и определить направление в поэлементном исследовании технического состояния, но и имеет недостатки:
- отсутствие объективного анализа, на основе которого возможно прогнозирование ресурса безотказной работы электрооборудования;
- высокая трудоемкость диагностики электрооборудования;
- отсутствие комплексного подхода;
- устаревшие методы определения технического состояния электрооборудования.
На основании сформулированных недостатков текущих методов диагностики необходимо создать комплексную систему с наименьшими затратами труда с использованием современных технологических устройств.
При эксплуатации электрооборудования автомобиля часть передаваемой по проводникам электрической энергии преобразуется в тепловую. В начальный момент времени она расходуется на повышение температуры проводника, а затем - на поддержание ее установившегося значения. Увеличение температуры проводника при работе сопровождается ростом активного сопротивления его жилы, следовательно, и количеством выделяющегося тепла. При разнице показателей температуры жил и окружающей среды №ж - Фср) возникает перегрев (фуст.н) проводника, что приводит к аварийному режиму работы электрообору-
дования [6]. Рассмотрим описываемый процесс аналитически.
Количество выделяемого тепла пропорционально квадрату тока и активному сопротивлению проводника (I2 • г). Зная установившуюся величину превышения нагрева фуст.н 1 при какой-либо длительной нагрузке 11, можно рассчитать Qустнi 2 для любой другой длительной нагрузке /2:
Qуст.н ¡2 ^уСТ.Н/1(,) '
(1)
Допустимые температуры нагрева проводников при длительно допустимой токовой нагрузке 1доп являются табличными значениями. На основе этих данных можно определить величину установившегося превышения нагрева:
Фуст.н /дОп Qдопж
Сср-
(2)
Процесс нагрева трехжильного проводника током I описывается дифференциальным уравнением теплового баланса:
/2гЛ = CdQ + AQdt,
(3)
где г - погонное сопротивление жилы проводника, Ом/км; С - теплоемкость 1 км проводника, Вт-с/(град.-км); Q - температура перегрева проводника относительно окружающей среды, С°; А - коэффициент теплоотдачи, Вт/(град.-км); t - время, с.
Уравнение (3) можно привести к более удобному для решения виду:
(4)
где г = С/А - постоянная времени нагрева проводни-
_ 12г
ка, с; Qm= — - максимальная температура перегрева проводника при токе I.
Решением уравнения (4) является:
<2(0 = <2т (1 - ехр (- ;)) + % ехр (- , (5)
где Q0 - начальная температура перегрева проводника.
В большинстве легковых автомобилей применяются предохранители с номинальными показателями защищаемой цепи 10, 15, 20, 25, 40, 60 А [7].
Согласно данным технической документации, плавкая вставка вилочного предохранителя должна сгореть при превышении значения номинального тока в два раза за время 5 с. При превышении этого значения в три раза время уменьшается до 2 с [8]. Остальные параметры для предохранителя значения не имеют.
Рассмотрим, за какой период времени и до какой температуры нагреется электрическая цепь (номинальный ток 7,5; 10; 15; 20; 25; 40; 60 А) при эксплуатации электрооборудования в аварийном режиме (табл. 1, 2).
Таблица 1
Определение температуры начала разрушения плавкой вставки предохранителя _при двукратной перегрузке сети_
Сср, °С 25
п °с хдоп.ж, С 150
^уст.н /доп , С 125
12 и 2
Qуст.н ¡2 , С 500 (125 4)
Номинальное значение цепи, А 7,5 10 15 20 25 30 60
г, мин 0,3 0,28 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05
t, мин 0,08
г, мин 0,3 0,28 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05
г/х 0,27 0,29 0,32 0,40 0,53 0,80 1,60
1-ехР(-^ 0,234 0,249 0,274 0,330 0,413 0,551 0,798
<2(0 2 117 124 137 165 207 275 399
Таблица 2
Определение температуры начала разрушения плавкой вставки предохранителя _при трехкратной перегрузке сети_
Сер, °С 25
Г) °с хдоп.ж, С 150
фуст.н/доп' С 125
¡2 ¡1 3
П °С хуст.н 1?, С 1125 (125-9)
Номинальное значение цепи, А 7,5 10 15 20 25 30 60
г, мин 0,3 0,28 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05
t, мин 0,03
г/х 0,11 0,12 0,13 0,17 0,22 0,33 0,66
1-ехр(--) 0,104 0,111 0,124 0,152 0,197 0,281 0,483
<2(0 2 117 125 139 171 222 316 544
При сравнении полученных результатов критической температуры двух- и трехкратной перегрузке наблюдается разница значений. Поэтому для дальнейшего исследования примем усредненные значения:
т = От^. (6)
Так, (КО: 7,5 А = 117 °С; 10 А = 124,5 °С; 15 А = 138 °С; 20 А = 168 °С; 25 А = 214,5 °С; 30 А = 295,5 °С; 60 А = 471,5 °С.
В результате вычислений определены температуры начала разрушения плавкой вставки предохрани-
теля. Возникновение критической температуры в предохранителях возможно при нагрузке сети дополнительным нештатным оборудованием, неудовлетворительном контакте элементов, коротком замыкании и т.д. и возникает с большей или меньшей интенсивностью в соответствие с уровнем исправности и работоспособности электрооборудования.
Задачей дальнейшего исследования является создание комплекса диагностических мероприятий на основе информации в виде температурных значений элементов электрооборудования.
Статья поступила 01.07.2014 г.
1. Ютт В.Е. Электрооборудование автомобилей: учебник для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Горячая линия-Телеком, 2006. 440 с.
2. Болбас М.М. Основы эксплуатации и ремонта автомобилей. Минск: Высшая школа, 1985. 284 с.
3. О взаимосвязи противопожарной безопасности и параметров автомобилей технического состояния автомобилей / Е.В. Бондаренко, Р.Х. Хасанов, Е.С. Сидорин, В.С. Голованов // Мир транспорта и технологических машин. 2011. № 4 (35). С. 73-80.
4. Обеспечение безопасности автотранспортных средств с учетом технического состояния элементов электрооборудования / Е.В. Бондаренко, Р.Х. Хасанов, Е.С. Сидорин, В.С. Голованов // Мир транспорта и технологических машин. 2012. № 2 (37). С. 96-100.
5. Хасанов Р.Х., Сидорин Е.С., Голованов В.С. Обоснование выбора организационно-технических мероприятий для элементов электрооборудования легкового автомобиля // Орга-
ский список
низация и безопасность дорожного движения: мат-лы VI Всерос. науч.-практ. конф. Тюмень: Изд-во ТюмГНГУ, 2013.
6. Сидорин Е.С. Хасанов Р.Х., Голованов В.С. О влиянии технического обслуживания электрооборудования автомобилей на эксплуатационную безопасность // Актуальные проблемы автотранспортного комплекса: межвуз. сб. науч. ст. (с междунар. участием). Самара: Изд-во СамГТУ, 2013. 302 с.
7. Хасанов Р.Х., Голованов В.С., Сидорин Е.С. Исследование эксплуатационной безопасности автотранспортных средств при проведении технического обслуживания электрооборудования // Проблемы и перспективы развития Евроазиатских транспортных систем: мат-лы V Междунар. науч.-практ. конф. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2013. 313 с.
8. Хасанов Р.Х., Голованов В.С., Сидорин Е.С. О показателях технического состояния электрооборудования автомобилей // 7ргауу уеЬеске Ще - 2013: мат-лы IX Междунар. науч.-практ. конф. Прага: ТесЬтюке vedy, 2013. 24 с.
